anexo 4 guía de prácticas de laboratorio fluidos i

8/16/2019 Anexo 4 Guía de Prácticas de Laboratorio Fluidos I

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ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS I

PROFESOR

ING. ALEJANDRA ERAZO SORIA

GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

SEMESTRE 2016-A


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ContenidoPRÁCTICA 1: DIAGRAMAS DE INGENIERÍA ....................................... 3

PRÁCTICA 2: PRESIÓN HIDROSTÁTICA ............................................... 8

PRÁCTICA 3: MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD DE FLUIDOS NEWTONIANOS ....................................................................................... 11

PRÁCTICA 4: VISCOSIDAD DE FLUIDOS NO - NEWTONIANOS-VISCOSÍMETRO DE BROOKFIELD ...................................................... 15

PRÁCTICA 5: FILTRACIÓN, AGITACIÓN Y MEZCLA ...................... 21


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PRÁCTICA 1: DIAGRAMAS DE INGENIERÍA

Los diagramas de ingeniería tanto BFD como PFD, son representaciones graficas que reúnentodos los hechos necesarios relacionados con la operación en forma clara, a fin de que se puedan

examinar cada uno de los procesos inmersos en la operación. Cada uno de estos diagramascuentan con simbología específica para clasificar cada una de las acciones que se llevan a caboen un determinado proceso.

En ingeniería química los diagramas del proceso se han utilizado para mostrar la secuencia de losequipos (unidades de producción) en las diferentes operaciones unitarias, principalmente parasimplificar el proceso de manufactura y para indicar la cantidad de materia y energía transferidaen el mismo.

1. OBJETIVOS

Analizar la importancia de utilizar los diagramas BFD y PFD en la industria.

Elaboración de un diagrama BFD y PFD para un problema en específico.

Identificar y definir los símbolos que se usan en los diagramas de la Ingeniería.

Definir las funciones específicas de cada diagrama, sus diferencias y aplicaciones.

2. MARCO CONCEPTUAL

Diagrama de Bloques del proceso: Este diagrama es una sucesión de bloques que ilustran el flujodel producto a través de las diferentes unidades de equipos. Se considera como el punto de partida

para elaborar el PFD y es una muy buena herramienta inicial para entender la secuencia generaldel proceso de producción. Sin embargo, no posee la información necesaria para un estudio adetalle.

Diagrama de Flujo del Proceso (PFD): Es un diagrama que representa un paso más adelante delBFD en cuanto a la cantidad de información que posee. El PFD contiene la carga de datosnecesaria para el diseño de un proceso químico es decir se requiere especificar cada uno de los balances de masa y energía en las operaciones. Para estos diagramas no hay estándaresuniversalmente aceptados, varían de acuerdo a las compañías que lo elaboran; sin embargo, debenser fácilmente comprensibles entre ingenieros. Los PFDs incluyen información respecto atemperatura, presión y flujos de las líneas de alimentación y producto de todos los procesos. Losdiagramas tipo PFD tienen las siguientes características:

Los símbolos recuerdan la forma del equipo. Tabla de Corrientes y cajetín con datos del propio diagrama. Pueden aparecer tablas para los servicios auxiliares (consumos de servicios) y con las

características de cada equipo. Nomenclatura precisa (no estandarizada) para: equipo y conducciones Banderas para la identificación – numeración – de las corrientes. Banderas con valores de algunas variables importantes (P, T)

3. PROCEDIMIENTO Y CALCULOS

Seleccionar un problema de aplicación de ingeniería química con al menos 5 operacionesunitarias.


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Realizar los balances de masa y energía para cada una de las operaciones unitarias.

Elaborar los diagramas PFD y BFD del proceso.

4. EJEMPLO

Producción de 6000L/día de Jugo concentrado de ZanahoriaEl proceso para la obtención de jugo concentrado de zanahoria empieza con la recepción de lamateria prima, la misma que pasa inmediatamente a la primera área de producción, en primerlugar se tiene la máquina de lavado L-101 e ingresa una carga diaria de 10338.3 kg de zanahoria, por acción de agua se logra eliminar las impurezas que trae consigo la materia prima, el sistemade lavado tiene recirculación para el ahorro de agua. Las zanahorias lavadas se trasportan por una banda B-102 hacia la máquina de pelado P-103, la misma que se encarga de retirar las cáscarasdel material por acción de cuchillas, en esta operación se elimina el 10% de la carga,correspondiente a un valor diario de 1033.82 kg de cascara. Las zanahorias peladas se trasportan por una banda B-103 a un silo de almacenamiento S-105 de 3.45 m3 de capacidad, de acuerdo ala descarga necesaria se lleva las zanahorias a una banda B-104 para ingresar el material a doscortadoras C-107 y C-108 que operan en paralelo, con lo cual se consigue reducir de tamaño a lamateria prima a cubos de 2 cm de lado. Las descargas de cada una de las cortadoras se unen a una banda trasportador B-109 la misma que se encarga de llevar los cubos de zanahoria a un silo dealmacenamiento S-110, para continuar con el siguiente proceso. En este punto se culmina el proceso de la primera área de producción correspondiente al pre-tratamiento.

Los 9304.48 kg de zanahoria en cubos pasan a la segunda área de producción correspondiente aun proceso de tratamiento enzimático, que en este caso será por cargas es decir batch y seconstituye el cuello de botella de la planta. Cargas de 500 kg de zanahoria se colocan en unacanasta metálica con agujeros CE-201 y con la ayuda de un tecle mecánico se ingresa a un tanqueTE-202 que contiene 500mL de una solución de ácido cítrico 0.02M y se mantiene dentro durante

2 minutos, inmediatamente se saca la canastilla y se ingresa a un nuevo tanque TF-203 quecontiene agua a 15°C, y se mantiene hasta lograr que la temperatura de la zanahoria disminuya a25°C, con esto se logra evitar la cocción del alimento y que el sabor del jugo se distorsione deldeseado, pero logrando la desactivación total de la enzima pectina esterasa y que el valor residualde actividad de la enzima pectinasa sea menor al 60%, como se especifica en los requerimientode la patente que se aplica, se envía el producto a la siguiente área de producción mediante una banda trasportadora B-204.

Los 9304.48 kg de zanahoria en cubos pasan a la nueva área de producción correspondiente a laextracción del jugo, la carga ingresa a la trituradora T-301, que se encarga de separar la pulpa yel jugo con un porcentaje de exprimido del 67%, mediante una bomba se envía el producto a un

separador centrífugo CN-302, en el cual se separa la pulpa del jugo al aplicar una velocidad de3000rpm durante 10minutos, como producto se obtiene 3070.48 kg de pulpa y 6234 kg de jugoconcentrado de zanahoria. Mediante una bomba se envía el jugo a un tanque TP-303.

Finalmente, una bomba se encarga de enviar los 6234 kg de jugo de zanahoria a la última área de producción correspondiente al envasado y etiquetado. El proceso de envasado se realiza en botellas de 500mL de capacidad mediante la máquina EN-401, y el proceso de etiquetado serealiza en la máquina ET-402. Como producto se obtiene 6m3 diarios de jugo envasados enrecipientes de vidrio. El producto se almacena en un cuarto frio.


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Anexo 1: Diagrama de bloques (BFD)

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Y AGROINDUSTRIA NOMBRE DEL PROYECTO:

PLANTA DE PRODUCCION DE JUGOCONCENTRADO DE ZANAHORIA

Línea de Producción de Jugo de Zanahoria

Alejandra Erazo Soria

18 de marzo de 2013

PÁGINAS:

1 de 1PFD

FECHA:

ELABORADO POR:

Lavado Pelado Cortado Escaldado

Aplastado yExprimido

Centrifugación Envasado Etiquetado

Zanahoria

10338.3 kg/día

Zanahoria

limpia

Agua de Lavado5000 kg/día

Agua de Lavado5000 kg/día

Cascaras1033.82 kg/día

Zanahoria

pelada Zanahoria

Cortada

Sol. Ácido Cítrico 0.02M8932.3 kg/día

Sol. Ácido Cítrico 0.02M8932.3 kg/día

Enfriamiento

Zanahoria

desactivada lasenzimas

Jugo

+ pulpa

Jugo

Pulpa3070.48 kg/día

Jugo

Envasado

Jugo etiquetado6234 kg/día

Zanahoria

Cortada

24000 botellas 250cm3


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Anexo 3: Plano de simbología, abreviaturas y nomenclatura utilizadas en los equipos y líneas de corriente

Tabla 1. Nomenclatura utilizada en el Diagrama PFD

Nomenclatura Descripción del EquipoL-101 Lavadora y Pulidora de Zanahoria.B-102 Banda Trasportadora 1.P-103 Peladora de Zanahoria.B-104 Banda Trasportadora 2.S-105 Silo de AlmacenamientoB-106 Banda Trasportadora 3.C-107 Cortadora de Zanahoria 1.C-108 Cortadora de Zanahoria 2.B-109 Banda Trasportadora 4.

S-110 Silo de Almacenamiento.CR-201 Contenedor para EscaldadoTE-202 Tanque para EscaldadoTF-203 Tanque enfriamientoB-204 Banda TrasportadoraT-301 Trituradora de ZanahoriaCN-302 Separador CentrífugoTP-303 Tanque PulmónEN-401 EnvasadoraET – 402 Etiquetadora

5. REFERENCIAS

TURTON, R; BAILIE, R. (2003). Analysis, Synthesis and Design of Chemical Process.Prentice Hall. Segunda Edición. Estado Unidos de América.

MANCA, D. (). Process Systems Engineering, Master Degree in ChemEng, Politecnicodi Milano.http://homes.chem.polimi.it/dmanca/PSE/E8%20%20BFD%20PFD%20P&ID.pdf. (Marzo, 2016)


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PRÁCTICA 2: PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Se estudia la acción de un fluido estático sobre un área plana sumergida. En el aparato diseñado para el efecto, al variar el nivel de agua sobre la cara plana del aro balanceado, se desequilibra el

sistema respecto a una posición inicial de referencia, debido a la fuerza desarrollada por el fluido.6. OBJETIVOS

Determinar el perfil de fuerzas a lo largo de la cara plana: teórico y experimental(comparación),

Determinar la altura del centro de presión para cada condición.

Demostrar las fórmulas empleadas (placa parcial y totalmente sumergida).

7.

EQUIPO EMPLEADOEste aparato ha sido diseñado para demostrar experimentalmente la magnitud de la fuerzahidrostática ejercida sobre una superficie sumergida, y la posición del centro de presión bajovarias condiciones de altura.

El equipo consiste de un segmento de aro balanceado, pivoteado en su centro y rígidamenteconectado a un dispositivo para pesar. El segmento de aro está maquinado con precisión y vamontado dentro de un recipiente de agua construido enteramente de perspex para facilitar unacompleta observación.

El empuje ejercido se determina con un sistema de palancas contra balanceadas y un sistema de

niveles de agua y un calibre de precisión de gancho o punto.

Las dimensiones del equipo son:


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Dimensión Sigla ValorRadio Externo Rext 20 cmRadio Interno Rint 10 cmAlto de la cara plana a 10 cmAncho de la cara plana b 7.5 cm

Largo del brazo de palanca x 27.50 cm

8. PROCEDIMIENTO Y CALCULOS

3.1 Procedimiento

Se efectúan las siguientes operaciones:

Nivelar el equipo con ayuda de los cuatro tomillos ajustables que se encuentran en la placa de base.

Colocar un nivel de precisión en la parte superior del segmento y nivelar este con ayuda

del contrapeso de bronce.

Dejar el nivel de precisión en su posición durante la duración de la experiencia o Añadir poco a poco agua al tanque hasta que la superficie de agua toque justamente la base delcuadrante, estableciendo así el nivel de referencia inicial por medio del calibre de ganchoo punto.

Continuar agregando agua al tanque hasta un nuevo nivel hz.

Cargar los portadores de peso hasta que el cuadrante tome la posición de referenciainicial.

Determinar el nuevo nivel de agua con el calibre de gancho o punto. Para cada caso (placa parcialmente sumergida y totalmente sumergida) se efectuarán los

siguientes cálculos:

8.2 Cálculo de la altura del centro de presión (d)

Para el cálculo de la altura del centro de presión se aplica la siguiente fórmula:

= ℎ − ℎ3 donde: ℎ y ℎ son los niveles superior e inferior del líquido.

8.3 Cálculo de la fuerza horizontal ejercida por el líquido (experimental)

Se empleará la siguiente fórmula

∗ = ∗ − Donde: es el peso añadido, x es la longitud del brazo y R es el radio.8.4 Cálculo de la fuerza horizontal ejercida por el líquido (teórica)

Se empleará la siguiente fórmula


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= ℎ − ℎ

2 ∗ ∗ Donde: ℎ y ℎ son los niveles superior e inferior del líquido, b es el ancho de la cara plana y es el peso específico del fluido empleado.

8.5

Cálculo del porcentaje de errorSe calcula el porcentaje de error de la fuerza experimental respecto a la teórica, para lo cual seemplea la siguiente fórmula:

% = − ∗100%

donde: y son la fuerza teórica y la fuerza experimental.

9. REFERENCIAS

Jácome V., "Guías de ensayos de Laboratorio de Fluidos", E.P.N.

Streeter V., "Mecánica de los Fluidos"


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PRÁCTICA 3: MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD DEFLUIDOS NEWTONIANOS

1. OBJETIVO

Conocer y manejar adecuadamente el viscosímetro Cannon-Fenske para calibrarlo empleando laviscosidad de fluidos newtonianos a distintas temperaturas.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

La viscosidad es mía propiedad asociada a la fricción o rozamiento interno de las sustancias quelineen. Se mide fácilmente en las condiciones de flujo laminar. El flujo laminar es el que puedeconsiderarse formado por delgadas laminas que fluyen unas sobre otras a velocidades diferentes.Cuando el flujo no sigue este esquema se llama turbulento. También ocurre flujo laminar cuandofluyen por tubos los fluidos a velocidad moderada. La capa fina del fluido en contacto con la pared es probablemente estacionaria: la capa siguiente fluye lentamente y la capa adyacente conmayor rapidez. El fluido se ve como si consistiera en muchos cilindros concéntricos, cada uno delos cuales se mueve con velocidad constante, que aumenta de la pared al centro del tubo. Poiseuilleestudió el movimiento en capilares y halló que el volumen del líquido que pasa por un capilar enla unidad de tiempo era proporcional a la presión, a la cuarta potencia del radio del tubo einversamente proporciónala la longitud del tubo.

Algunos de los viscosímetros más sencillos se basan en el análisis del flujo por mi tubo capilar, através del cual el fluido fluye por gravedad: entre ellos tenemos los viscosímetros Cannon-Fenske(Figura 1). Estos viscosímetros se encuentran comercialmente disponibles en vidrio y con variosdiámetros del tubo capilar, de manera que se puede minimizar el tiempo de flujo de mi fluidoviscoso.

El diseño de estos viscosímetros permite realizar experimentos relativamente sencillos y deinterpretación bastante directa. Los datos experimentales son interpretados con base a la ecuaciónde Hagen-Poiseuille. que resulta de un balance de cantidad de movimiento en un tubo cilíndrico.Esta ecuación se muestra a continuación:

= = ∗ ∆ ∗ 4

8 ∗ ∗

Donde:

Q es el flujo volumétrico del fluido

∆ es la caída de presión requerida para inducir el flujoR y L son respectivamente el radio y la longitud del capilar

es la viscosidad del fluido. En el caso de im viscosímetro Cannon-Fenske en el que el tubo se mantiene en posición verticalse tiene:

∆ = ℎ Sustituyendo la ecuación. (2) en La ecuación (1) se puede calcular la viscosidad a partir de lasiguiente expresión:


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= = ∗ ℎ ∗ 4

8 ∗ ∗

Experimentalmente, es necesario determinar el tiempo de vaciado te, del bulbo inferior delviscosímetro. Este tiempo está relacionado con el volumen del bulbo Vb y el flujo volumétrico através del cociente Vb/Q.

=

∗ ℎ ∗ 4 ∗ 8 ∗ ∗

Para un viscosimetro en particular, los parámetros geométricos en la ecuación anterior sonespecíficos y pueden ser agripados en una constante kv. La viscosidad cinemática puedeexpresarse de la siguiente manera:

= = ∗

La constante del viscosímetro puede determinarse a partir de experimentos con un fluido dedensidad y viscosidad conocida.

Figura l .Diagrama de un viscosímetro de Cannon-Fenske.

3.

MATERIALES Y REACTIVOS 1 Viscosímetro de Cannon- Fenske. 1 Baño de agua. 1 Soporte con pinzas. 1 Pipeta. 1 Cronómetro. 1 Termómetro. Vaso de precipitado de 100 ml. Agua destilada Acetona

Líquido problema


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4. CÁLCULOS Y PROCEDIMIENTO

Se prepara el baño de agua y se fija en el termostato la temperatura deseada.

El viscosímetro se limpia con un solvente adecuado y se seca con aire limpio

A continuaci6n se introduce el líquido con la pipeta por el ramal más ancho delviscosímetro para después colocarse en el baño con el capilar en posici6n vertical, permitiendo que el líquido alcance la temperatura del baño dejándolo reposar durante diezminutos.

Con el cron6metro se determina el tiempo que tarda el líquido en bajar el nivel desde lamarca inferior del bulbo A a la inferior del bulbo B. Repetir esta operación tres veces para asegurarse de la reproducibilidad de los resultados.

Realizar este procedimiento con agua destilada para conocer el valor de la constante delviscosímetro. Para el líquido problema determinar la viscosidad a las temperaturasindicadas por el profesor.

5. REFERENCIAS

BIRD., "Fenómenos de transporte", Ed. John Wiley and Sons.

KIRK., "Enciclopedia de Tecnología Química", Editorial Hispano- Americana.

MATAIX., "Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas", Editorial Harla. PERRY &CHIL TON.,

"Manual del Ingeniero Químico", Ed. Mc Graw-Hill


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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALCARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS I

TABLA DE DATOS

Fecha: ___________________

Integrantes:

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Tabla 1. Datos experimentales obtenidos en la práctica

Agua destilada Solución problema:

T (°C) t (s) T1 (°C) t (s)

T2 (°C) t (s)


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PRÁCTICA 4: VISCOSIDAD DE FLUIDOS NO - NEWTONIANOS- VISCOSÍMETRO DE BROOKFIELD

1. OBJETIVO

Conocer, utilizar e interpretar datos obtenido con el viscosímetro de Brookfield para determinarel comportamiento viscoso de un fluido no newtoniano.


De acuerdo con la Ley de la viscosidad de Newton, al representar gráficamente frente a− para un fluido determinado, debe de obtenerse una línea recta que pasa por el origen decoordenadas, y cuya pendiente es la viscosidad del fluido a una cierta temperatura y presión. Enefecto, la experiencia demuestra que para todos los gases y los líquidos homogéneos no

polimerizados tyx es directamente proporcional a

−

.

Matemáticamente, esta relación viene dada por la siguiente expresión:

= −

Sin embargo, existen muchos materiales industrialmente importantes que no siguen estecomportamiento y a los cuales se les conoce como fluidos no-newtonianos. El tema de los fluidosno newtonianos constituye actualmente una parte de otra ciencia más amplia que es la reología,es decir, “la ciencia del flujo y la deformación”, que estudia las propiedades mecánicas de losgases, líquidos, plásticos, substancias asfálticas y materiales cristalinos. Por lo tanto, el campo de

la reología se extiende, desde la mecánica de fluidos no- newtonianos, hasta la elasticidad deHooke. La región comprendida entre ellas corresponde a la deformación y flujo de todos los tiposde materiales pastosos y suspensiones.

El comportamiento reológico, en estado estacionario de la mayor parte de los fluidos puedeestablecerse mediante una forma generalizada con la siguiente ecuación:

= −

Donde

= − ( )

y comúnmente se le conoce como viscosidad aparente.

En las regiones en que disminuye al aumentar el gradiente de velocidad elcomportamiento se denomina pseudoplástico; y dilatante en las que aumenta con dichogradiente. Si resulta independiente del gradiente de velocidad, el fluido se comporta comonewtoniano, y entonces r=mi Se han propuesto numerosas ecuaciones empíricas o “modelos” para

expresar la relación que existe, en estado estacionario, entre .


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Los viscosímetros rotacionales son útiles en un amplio intervalo de viscosidades y particularmente valiosos para el estudio de sistemas no newtonianos. Normalmente se empleanen el campo superior a 50 poises, aunque su uso es satisfactorio aun en los gases. Para trabajos demayor precisión (superior a 0.1% ), su diseño y construcción se hacen difíciles sin embargo, paratrabajos de rutina en los cuales la precisión es menos esencial, son sencillos y cómodos.

Los viscosímetros de cilindros coaxiales o de Couette consisten esencialmente en dos cilindrosconcéntricos separados por una capa fina anular del líquido de ensayo. Uno de los cilindros giramientras el otro queda estacionario, con producción acción de corte en el líquido. Para determinarla viscosidad se mide la torsión necesaria para producir rotación con una velocidad angular dada,o la velocidad angular resultante de una torsión dada.

El viscosímetro de MacMichael consiste en una probeta que contiene la muestra y que gira entorno de un cilindro interior sumergido en la muestra. El cilindro interior se mantiene estacionario por la fuerza de torsión en el alambre del cual está suspendido, y la torsión en el alambre mide laviscosidad del líquido.

El viscosímetro Stormer aplica una torsión constante al cilindro interior y mide la velocidad derotación. La Precisión Scientific Company fabrica un instrumento de diseño adelantado queregistra automáticamente la torsión sobre el elemento y que es adecuado en particular parasustancias de alta consistencia.

Se han diseñado viscosímetros rotacionales satisfactorios, en los cuales los elementos rotatoriosson elipsoides, discos u otras formas; en algunos casos, el elemento rotatorio sirve a la doblefinalidad de agitar la muestra y medir su viscosidad. Un ejemplo típico es el viscosímetro deBrookfield, que usa una amplia variedad de formas, según los caracteres del líquido de ensayo,Ver figura 1.

Figura1. Viscosímetro de Brookfield

3. MATERIALES Y REACTIVOS

1 viscosímetro de Brookfield

2 vasos de precipitado de 1000 ml

1 espátula

algún fluido no-newtoniano como: salsa de tomate, mayonesa shampoo, avena, etc.


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4. CÁLCULOS Y PROCEDIMIENTO

Para comenzar a operar debemos asegurar la aguja al eje inferior, lo mejor es levantarligeramente el eje mientras se sostiene firmemente con una mano y se enrosca la agujacon la otra.

A continuación, se inserta la aguja en el material de prueba hasta que el nivel del fluidoeste en la ranura (corte) en el eje de la aguja (puede ser más conveniente hacer lainmersión de la aguja antes de asegurarla en el viscosímetro, así presionamos el clutch yencendemos el motor del viscosímetro, se libera el clutch para permitir que el cuadranterote hasta que el indicador se estabilice a la posición elegida en el cuadrante.

El tiempo requerido para la estabilización depende a la velocidad a la cual esta rotando,a velocidades arriba de 4 r.p.m., esto generalmente ocurre aproximadamente de 20 a 30segundos, mientras que a bajas velocidades esto tomará el tiempo requerido de unarevolución del cuadrante. Finalmente se introduce cuidadosamente una cierta cantidad desustancia para analizar en el viscosímetro y se toman las lecturas correspondientes. Para

nivelar el viscosímetro, la burbuja de nivel en todos los modelos ayuda en esto.Tratamiento de datos:

Determinar el comportamiento viscoso en términos de τ vs γ, y discutir sobre la semejanza

con algún modelo teórico. (Comparación de ecuaciones, gráficas)

Determinar la variación de la viscosidad aparente con γ.

Proponer otros modelos que expresen la relación existente, en estado estacionario entre

y

5. RECOMENDACIONES

Leer el apéndice A que contiene información respecto al manejo del viscosímetro.

Revisar constantemente la calibración del viscosímetro.

Ser cuidadoso con las unidades

6. REFERENCIAS

BIRD., “Fenómenos de transporte”, Ed. John Wiley and Sons.

KIRK., “Enciclopedia de Tecnología Química”, Editorial Hispano-Americana.

PERRY & CHILTON., “Manual de Ingeniero Químico”, Ed. Mc Graw-Hill.

Manual de Operaciones BROOKFIELD SYNCHRO-LETRIC VISCOMETER


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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALCARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS I

TABLA DE DATOS

Fecha: ___________________

Integrantes:

_____________________

_____________________

_____________________

_____________________

Fluido utilizado 1: ___________________________

Fluido utilizado 2: ___________________________

Tabla 1. Datos experimentales obtenidos en la práctica

r.p.m. disco No 1 disco No 2 disco No 3 disco No 4 disco No 5 disco No 6

0.5

1.0

2.5

5.0

10

20

50


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APENDICE A

- PRINCIPIOS DE OPERACION.El viscosímetro Syncchro-Letric es un cilindro o un disco que rota, por medio del cual se mide elesfuerzo de rotación para vencer la resistencia viscosa por el movimiento producido.Esto se logra por medio del manejo del elemento de inmersión llamado “spindle” (uso, aguja), a

través de un resorte de berilium cobre, el cual es presionado a un grado indicándolo por la posicióndel indicador rojo en la pantalla del viscosímetro, que es proporcional a la viscosidad del fluido para cualquier velocidad y “spindle” dado. El viscosímetro es capaz de medir sobre un número de rangos para dar la resistencia de avance ola reflexión del resorte (torcimiento).La viscosidad es proporcional a la velocidad de la aguja y esta relaciona el tamaño y forma.Para un material de viscosidad dada la resistencia al avance será mayor como mayor sea la agujay/o el incremento de la velocidad rotacional.El rango mínimo de viscosidad se obtiene con la aguja más grande a la mayor velocidad. elmáximo rango se obtiene por el uso de la aguja más pequeña a la menor velocidad.Las mediciones usando la misma aguja a diferentes velocidades se usa para detectar y evaluar

propiedades reológicas del material en prueba.- CARACTERISTICAS MECANICAS.El viscosímetro trabaja por medio de un inductor Synchronous tipo motor. Las velocidadesexactas de rotación ocurren con el motor con solo cambiar radical y espasmódicamente elsincronizador, el switch se encuentra en un lado del viscosímetro.Hay dos tipos de viscosímetros los de cuatro y los de ocho velocidades. Los viscosímetro decuatro velocidades tienen una perilla cuadrada con el control de velocidades, muestra un númeroen cada una de sus cuatro caras. La velocidad a que gira el instrumento es la que se indica en lacara superior de la perilla.Los modelos de ocho velocidades, tienen un control de velocidades (perilla cuadrada) con dosnúmeros en cada cara, por movimiento de la perilla a través de los dos cambios de velocidad

puede cambiar la secuencia. No se presentan problemas en las dos diferentes velocidades que se muestran en cada cara porque cada cara esta en el radio de 20:1.Por seguridad en la velocidad indicada en la perilla de velocidades se debe verificar que seacercano y paralelo al registrado en la pantalla del viscosímetro, esto no es absolutamentenecesario, sólo es recomendable cuando se cambian las velocidades que el motor estefuncionando.Los viscosímetros LV están provistos de con un adaptador para cuatro agujas y una guarniciónestrecha para la aguja. El modelo RV esta provisto de siete agujas y una guarnición ancha paralas agujas.Los modelos HA y HB están provistos con siete agujas y sin guarnición. En todos los modeloslas agujas se aseguran en el viscosímetro atornillándolos en el eje todos cuentan con una “cuerda

Izquierda”, la parte inferior o el eje se debe de sostener con una mano y la aguja atornillarla a laizquierda.La parte inferior de el eje debe estar limpia y con una superficie lisa para prevenir la rotaciónexcéntrica de la aguja.Todos los viscosímetros Brookfield tienen una velocidad tope mayor a 10 r.p.m. y están provistoscon una palanca de clutch, presionando la palanca levanta el cuadrante hacia el indicador ysosteniéndolo se hace la lectura.Cuando el clutch se libera el cuadrante vuelve a bajar y gira nuevamente.Cualquiera de los tres controles del viscosímetro, switch, del motor, perilla del cambio develocidades y clutch pueden ser operados independientemente de los otros dos.La agarradera manual removible se puede retirar convenientemente por medio de la tuerca y laagarradera pueden entonces retirarse del instrumento. Estas características de diseño permite quese pueda utilizar una base rígida de metal.


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- OPERACIONAsegúrese la aguja al eje inferior, lo mejor es levantar ligeramente el eje mientras se sostienefirmemente con una mano y se enrosca la aguja con la otra. Debe tenerse cuidado para prevenirun daño al alineamiento de la aguja y la rosca (cuerda).Insértese la aguja en el material de prueba hasta que el nivel de fluido este en la ranura (corte) enel eje de la aguja. Con las agujas tipo disco es necesario algunas veces inclinar ligeramente elinstrumento mientras se hace la inmersión para prevenir que queden atrapadas burbujas de aireen la parte inferior del disco y en la superficie. (se puede encontrar más conveniente hacer lainmersión de la aguja antes de asegurarla en el viscosímetro).Se debe tener cuidado de no golpearla aguja contra los lados del recipiente que contiene el material de prueba, mientras se une con elviscosímetro pues esto puede dañar la alineación del eje. Nivele el viscosímetro, la burbuja de nivel en todos los modelos ayudara en este paso.Presione el clutch y encienda el motor del viscosímetro. El procedimiento siguiente debe de tener presionado el clutch a este punto se prevé un desgaste innecesario. Libere el cluth y permita queel cuadrante rote hasta que el indicador se estabiliza a la posición elegida en el cuadrante. Eltiempo requerido para la estabilización depende de la velocidad a la cual la aguja este rotando, alas velocidades arriba de 4 r.p.m. esto generalmente ocurrirá aproximadamente de 20 a 30

segundos. Mientras que a bajas velocidades esto tomara el tiempo requerido de una revolucióndel cuadrante. Es posible observar la posición del indicador y estabilizar a bajas velocidadesmientras que el cuadrante rota, pero a altas velocidades será necesario presionar el clutch y girarel switch del motor para detener el instrumento con el indicador a la vista. Un poco de prácticaserá necesario para detener el cuadrante en el punto exacto. Si las lecturas son requeridas,encienda el instrumento con el clutch presionando, reteniendo la lectura original y entonces selibera. Esto reduce la oscilación del indicador, si el indicador no se estabiliza puede ser cualquier problema de temperatura del material de prueba.

- INFORMACION DE CALIBRACIONLos viscosímetros Brookfield están calibrados para valores estándar en base a los instrumentosusados en contenedores de 600 cc., si los instrumentos son usados en recipientes más grandes los

rangos de las agujas 1 y 2 en las mediciones serán ligeramente incrementados.Si se desea usar agujas en recipientes más grandes que los especificados será necesario unacorrección en los factores de estabilizadores si los valores de exactitud son requeridos, la libretaoriginal redacta estos problemas.

- REPARACION Y SERVICIOEsta compañía mantiene una existencia de temporada de refacciones para viscosímetros que pueden ser usados para reposición de cualquier instrumento en propósito de reparación.La reparación y servicio solo puede hacerse por personal especializado de:BROOKFIELD ENGINERING LAB. INC. 240 CLUSHING ST. STOOGHTON,MASSACHUSETS. 02072.


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PRÁCTICA 5: FILTRACIÓN, AGITACIÓN Y MEZCLA

1. OBJETIVOS

Preparar una mezcla para someterla a procesos de agitación y mezcla. Determinar los requerimientos de potencia de un motor para la agitación de soluciones. Determinar las dimensiones de un tanque para la agitación de una mezcla en particular.


Una operación unitaria común es la mezcla, y refiere a una combinación física de dos o mássustancias que retienen sus identidades y que se mezclan pudiendo formar según sea el casoaleaciones, soluciones, suspensiones y coloides.

Las mezclas se clasifican en: homogéneas y heterogéneas, esto acorde a sus componentes; y loscomponentes de una mezcla pueden ser: sólidos, líquidos, gaseosos. Se denomina mezcla también

cuando se tiene un efecto en un medio de la acción mecánica de un agitador.

La agitación de líquidos es de las operaciones más comunes de los procesos químicos y deindustrias afines; es de importancia fundamental en la industria minera, petrolera, de alimentos,química, farmacéutica, de pulpa y papel por mencionar algunas. La agitación de líquidos seemplea con distintos fines, según el objetivo que se pretenda en la etapa de proceso. Esto fines pueden ser:

Poner en suspensión partículas sólidas y/o su disolución en el líquido. Agitar líquidos miscibles

Dispersar un gas en el seno de un líquido en forma de pequeñas burbujas Dispersar líquidos inmiscibles para formar emulsiones y suspensiones Favorecer el intercambio de calor entre el líquido y un serpentín a una chaqueta

Con frecuencia la agitación cumple más de un cometido como sucede, por ejemplo, en lasreacciones catalíticas de hidrogenación de hidrocarburos y en la mayoría de las fermentacionesen estos sistemas un gas se dispersa a través del líquido en que están suspendidas partículas sólidasde catalizador (que pueden ser microorganismos floculados), siendo controladas simultáneamentela temperatura de reacción con el uso de serpentines o chaquetas de intercambio de calor .

Equipo de Agitación.Existen varias formas de agitar un fluido, entre ellas la forma más comúnmente empleada se basaen la agitación con impulsores mecánicos en un tanque de forma cilíndrica. Los impulsores yagitadores se suelen clasificar en dos clases de acuerdo al patrón de flujo que se desarrolla en eltanque:

Agitadores de flujo axial, que generan corrientes paralelas al eje del agitador

Los agitadores de flujo radial, que descargan el fluido hacia la pared del tanque en una posici6n horizontal o radial.

Los tres tipos principales de agitadores son, de hélice, de paletas y de turbinas. Si bien para ciertos

casos son útiles algunos diseños especiales de agitadores especiales, con los tres tipos antescitados se resuelve la gran mayoría de los problemas de agitaci6n de líquidos.


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Otro proceso unitario para el tratamiento de fluidos es la filtración; se denomina al procesounitario de separación de sólidos en una suspensión por medio de un medio mecánico poroso,también llamados tamiz, criba, cedazo, filtro.

Figura 3. Proceso de filtración

En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores deltamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.

Generalmente al medio mecánico poroso usado para la separación mecánica se le llama filtros,tamices, cedazos, criba, etc. Se utiliza el termino filtrar cuando se refiere a la separación mecánicade partículas de menor tamaño que no se ven a simple vista.

3. CALCULOS Y PROCEDIMIENTO

Se prepara una mezcla compuesta por 4.5 lb de caolín y 75 L de agua dentro de un tanque. Se inserta el agitador de la turbina para observar el flujo y su movimiento, se observa la

diferencia al utilizar un deflector. Se trabaja con diferentes tipos de agitadores para evaluar la diferencia que generan en el

fluido. A continuación, se realiza el proceso filtración que consiste en conectar una manguera

desde el tanque de agitación al filtro prensa que contiene medios filtrantes que atrapanlas partículas sólidas de la suspensión, todo esto con ayuda de una bomba.

Se obtuvo por un lado la solución clarificada y en los filtros la torta con el sólido proveniente de la mezcla.

Cálculos a realizar:

Cálculo de los parámetros de diseño del tanque para las operaciones de mezclado yagitación:

Cálculo de la potencia consumida por el impulsor del agitador de turbina

4. REFERENCIAS Hicks, T. G. "Pump operation and maintenance" Me. Graw Hill, Book Company.

Marks, Lionei S. "Mechanical Engineeris Handbook" Me. Graw Hill, Book Company


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McCabe. (2007). Operaciones unitarias en Ingeniería Química. (7ma.ed.). Mexico:McGrawHill

Griskey. (2002). Transport Phenomena and Unit Operations: a combined approach.(3ra.ed.). Nueva York, Estados Unidos: Wiley- Interscience

Dreamstime. (2014). Flitration Schedule. Recuperado de:

https://www.google.com.ec/search?q=filtraci%C3%B3n&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi16_X7ke3KAhWMlB4KHZYpBR8Q_AUIBygB&biw=1093&bih=527&dpr=1.25#imgrc=_eV6oAHRvYY6EM%3A (Febrero, 2016)

Ibérica. (2012). Unit Operations. Recuperado de:https://www.google.com.ec/search?q=mezcla&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiVztTB0-3KAhULXR4KHT0ZDcYQ_AUIBygB&biw=1093&bih=527#imgrc=NnSmXogMr4W2oM%3A (Enero, 2016)

Warren. (1998). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. (4ta. Edición). Madrid,España: McGrawHill.

anexo 4 guía de prácticas de laboratorio fluidos i

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